[发明专利]一种基于虚拟接入点的无线局域网无缝切换方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种基于虚拟接入点的802.11无线局域网中无缝切换的技术。 

技术背景

随着基于IEEE802.11的无线局域网(WLAN)的广泛的应用,语音、视频等实时通信业务的应用越来越多,这对无线局域网的服务质量(QoS)提出了很高的要求。但是由于智能终端的发展，人们对移动性的要求不断增加，尤其是在企业办公环境中无线AP密集部署的场景下，因为无线局域网较小的小区半径导致了比较频繁的切换。而切换时的丢包率、切换延迟和传输抖动等则是影响WLAN通信QoS的主要因素之一。根据IEEE802.11协议规范,在一个通信子网内,正在通信的客户机(Client)从一个AP小区移动到另一个AP小区时,必须断开跟当前AP的链路连接,在与新AP重新建立连接后才能继续与对端结点进行通信,而重新建立连接主要分3个阶段：发现新AP阶段、认证阶段和重连阶段。而每一个阶段都占用一定的时间,而且在这个过程当中,客户机(Client)是不能收发数据的。因此在切换期间,发往客户机(Client)的旧AP链路上的数据包就有可能丢失,传输的服务质量(QoS)就会受到影响。 

为此，人们在减少切换延迟方面作了很多研究。从目前已有的技术和文献上看,主要有以下几种类型： 

硬切换。移动结点在进入一个新的小区后,立即断开与原有的AP连接,重新与新AP建立连接。这种方式切换速度快,但由于不采取任何措施,丢包率较大。 

平滑切换(或称为数据包的转发方式)。其过程是客户机(Client)切换到新的AP时,新AP立即通知旧AP,旧AP收到通知后立即把有关该客户机(Client)的信息或缓存的数据包转发给新AP,再由新AP发给客户机(Client)。同时新AP向通信对端主机发出通告,之后数据包便沿新的传输路径流动。这种切换的特点是丢包率低,但是其他的包要等到旧AP转发完毕以后才能继续传递,间接地增加了切换延迟,这对于实时应用是很不利的。 

基于组播的切换方式。这种方式不但要求扩充AP的功能,而且要求临近的AP也加入多播组。它的特点是切换时丢包率低,切换延迟相对较小。但是由于结点的移动,多播树的维护开销很大,限制了它的使用。 

本发明提出一种基于虚拟接入点(VAP)的无线局域网无缝切换方法。该方法采用基于SDN 理念的网络构架，引入虚拟接入点(VAP)来抽象客户机(Client)与AP的连接。虚拟接入点包括了Client与AP建立连接所需要的所有信息，并且能够通过控制器的控制在不同的AP之间迁移。控制器顶层的应用程序通过AP接收到的无线信号强度来感知客户机(Client)的移动，并将该客户机(Client)的VAP移动到相应的AP上。由于VAP中包含客户机(Client)与AP建立连接所需的所有信息，所以不需要再进行重新建立连接的3个阶段，大大缩短了切换的时延，实现无缝切换。 

发明内容

本发明旨在针对企业办公环境中无线AP密集部署的场景下如何实现客户机的无缝切换问题。本发明通过引入虚拟接入点(VAP)，解决相应的技术问题。具体分为以下两个主要步骤：(1)VAP在AP之间的分配；(2)基于VAP的无缝切换机制。 

首先，VAP的分配步骤为： 

步骤1.AP接收到来自Client信号帧后，判断是802.11数据帧还是802.11控制帧； 

步骤2.如果是802.11数据帧，AP检测是否承载了该Client的VAP，如果没有则直接丢弃该数据帧；如果承载了该Client的VAP则根据转发表转发该数据帧； 

步骤3.如果是802.11控制帧，AP检测是否承载了该Client的VAP，如果没有则将包含该MAC地址的控制帧的信息转发给控制器，控制器检测该Client是否有VAP存在于网络中的某个AP上，如果没有则为该Client产生一个VAP； 

步骤4.AP承载了Client的VAP之后继续进行Client与VAP连接的建立。 

在控制器为每个请求接入到AP的Client分配好VAP之后，VAP可以使得Client在企业级WLAN中进行无缝的切换，其步骤如下：